基于低影響開發(fā)理念的海綿校園建設(shè)方案研究
----以江蘇城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)學院海綿城市示范項目為例

胡 穎

(1.福州大學 土木工程學院，福州 350116；2.江蘇城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)學院，江蘇 常州 213147)

0 引 言

隨著我國城市化進程的加快，城市對水資源的需求逐年增加，城市下墊面產(chǎn)生了很大變化，不透水地面比例增加，改變了原有的水文條件，引發(fā)了一系列城市雨洪問題以及環(huán)境和生態(tài)問題，城市出現(xiàn)了“內(nèi)澇”與“干島效應(yīng)”并存的情況[1,2]。為節(jié)約水資源，解決雨洪問題帶來的城市安全隱患，保護和改善城市生態(tài)環(huán)境，《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進海綿城市建設(shè)的指導意見》(國辦發(fā)[2015]75號)文件明確提出了建設(shè)海綿城市的要求,“海綿城市” (Sponge City)是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災害等方面具有良好的“彈性”， 下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用[3]，是遵循順應(yīng)自然、與自然和諧相處的低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)模式[4]。海綿城市的建設(shè)遵循生態(tài)優(yōu)先等原則，將自然途徑與人工措施相結(jié)合，利用LID技術(shù)減輕內(nèi)澇危害的同時，最大限度地實現(xiàn)雨水的積存、滲透和凈化，并將收集的雨水充分利用，促進了雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境保護[5]。

1 海綿校園建設(shè)內(nèi)涵分析

大學校園是城市環(huán)境中相對獨立的一個系統(tǒng)，同時也是建設(shè)海綿城市重要的一個組成部分[5]?！昂＞d校園”是將海綿城市(Sponge City)的理論應(yīng)用到校園環(huán)境之中，是以保護原有生態(tài)為原則構(gòu)建校園環(huán)境，秉承海綿的品質(zhì)“滲透”和“吸收”，凈化雨水，實現(xiàn)環(huán)境與水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展[6]?！昂＞d校園”既是海綿城市在校園尺度的示范，又是海綿城市的有機組成部分。

1.1 海綿校園建設(shè)原則

(1)建立水資源循環(huán)利用系統(tǒng)?！逗＞d城市建設(shè)技術(shù)指南》 強調(diào)“在海綿城市建設(shè)過程中，應(yīng)統(tǒng)籌自然降水、地表水和地下水的系統(tǒng)性，協(xié)調(diào)給水、排水等水循環(huán)利用各環(huán)節(jié)”，其實質(zhì)與《綠色校園評價標準》提出的“構(gòu)建科學合理的可持續(xù)水資源利用系統(tǒng)，綜合利用各種水資源”[7]相吻合，水資源規(guī)劃設(shè)計是海綿校園的重要部分，應(yīng)結(jié)合校園的氣候、水資源、給排水工程等客觀狀況，對校園的供水系統(tǒng)、污水系統(tǒng)、雨水系統(tǒng)和中水系統(tǒng)進行綜合規(guī)劃[8]，構(gòu)建校園水資源循環(huán)利用系統(tǒng)，達到節(jié)約水資源和減少污染排放的目標。

(2)與校園總體規(guī)劃及專項規(guī)劃密切配合。海綿校園的建設(shè)首先要在校園總體規(guī)劃中落實海綿校園、低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)建設(shè)的總體思路、建設(shè)目標、建設(shè)內(nèi)容及相應(yīng)采用的技術(shù)措施，并與校區(qū)的各專項規(guī)劃如：水資源利用規(guī)劃、生態(tài)交通規(guī)劃、綠色景觀規(guī)劃密切配合，統(tǒng)籌發(fā)揮自然生態(tài)功能和人工干預功能[5]，從而實現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置和道路、水系與景觀的協(xié)調(diào)發(fā)展，構(gòu)建生態(tài)和諧的校園環(huán)境。

(3)注重海綿技術(shù)的適宜性與多樣性。 高校校園是社會的教育、研究與創(chuàng)新基地，因此海綿校園在建設(shè)過程中，應(yīng)在對本地自然地理條件、水文地質(zhì)特點、水資源及降雨規(guī)律進行深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，對各項低影響開發(fā)技術(shù)設(shè)施進行探討與實踐，研究各項技術(shù)設(shè)施的適宜性，并盡可能多地提高低影響開發(fā)措施的豐富度與展示度，為科研與示范推廣創(chuàng)造良好條件。

(4)注重科研及環(huán)境教育功能的實現(xiàn)。高校是社會的教育、研究與創(chuàng)新基地，在海綿校園的規(guī)劃、設(shè)計、施工及運營全過程中，應(yīng)創(chuàng)造條件讓專業(yè)教師全面參與實踐與科研；并致力于打造校園大課堂，為學生的課程設(shè)計、實驗檢測、生態(tài)實習和科普教育提供真實的場所和任務(wù)；通過平面展示、情景體驗、專題展覽、節(jié)點展示等形式，將海綿技術(shù)生動展示，彰顯海綿校園示范項目的宣傳、培訓和教育功能。

1.2 海綿校園建設(shè)目標

快速城市化建設(shè)改變了原有的自然生態(tài)本底和水文特征，帶來了水生態(tài)惡化、水資源緊缺、水環(huán)境污染、水安全缺乏保障等一系列問題[9]。針對上述問題，海綿城市建設(shè)以實現(xiàn)控污、防災、雨水資源化和城市生態(tài)修復為綜合目標[10]，其核心思想是讓每一寸土地都具備一定的雨洪調(diào)蓄、水源涵養(yǎng)及雨污凈化等功能[11]，海綿校園作為海綿城市的微觀層面，其建設(shè)總體目標可歸納為“水安全、水環(huán)境、水資源”，即實現(xiàn)提高校園水安全、改善校園水環(huán)境、節(jié)約校園水資源。

(1)水安全：即從防洪減災角度，采取措施提升源頭調(diào)控能力，緩解市政排水管網(wǎng)威脅，最大限度地降低洪澇風險，減小災害損失[12]，保障校園水安全。

(2)水環(huán)境：即從生態(tài)環(huán)境建設(shè)角度，有效減少雨水徑流污染，維持良好的水文生態(tài)環(huán)境[12]。在海綿校園建設(shè)過程中，通過低影響開發(fā)設(shè)施分散、源頭控制雨水徑流量和雨水水質(zhì)，減少進入地表水體的面源污染；并因地制宜地建設(shè)滯留塘、滲透卵石溝、植被生態(tài)駁岸、植被緩坡帶等海綿技術(shù)措施，進行初雨的生態(tài)凈化，并構(gòu)建人水和諧的生態(tài)校園環(huán)境。

(3)水資源:即從水資源利用的角度，通過構(gòu)建水源涵養(yǎng)型下墊面，使雨水能夠被積存、凈化和回用[12]，從而提高水資源利用效率和效益，形成節(jié)水、低碳、生態(tài)的校園節(jié)水氛圍。

1.3 海綿校園建設(shè)內(nèi)容

海綿校園的建設(shè)內(nèi)容主要包括:

(1)水安全保障體系構(gòu)建:在詳盡的現(xiàn)狀調(diào)查基礎(chǔ)上，合理區(qū)分內(nèi)澇原因，堅持源頭防治和原有工程改造并重、傳統(tǒng)方案和新理念互補、工程措施和管理措施并重的原則，按照“完善系統(tǒng)、自排為主、泵排為輔、蓄水利用”的思路構(gòu)建校園水安全保障系統(tǒng)。

(2)水環(huán)境綜合整治體系構(gòu)建：針對校園水體環(huán)境存在的面源污染源問題，以恢復景觀水體功能為著眼點，打造具有自身凈化能力的景觀水體。同時，通過低影響開發(fā)工程措施進行初期雨水徑流的控制，削減面源污染，構(gòu)建源頭控制和生態(tài)凈化相結(jié)合的水環(huán)境綜合整治體系。

(3)水資源利用體系構(gòu)建:構(gòu)建雨水綜合利用系統(tǒng)，對雨水進行收集、凈化和利用，提高雨水資源利用率，有效節(jié)約水資源。

2 海綿校園建設(shè)技術(shù)方案研究

2.1 項目概況及特點

2.1.1 項目概況

江蘇城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)學院(以下簡稱“江蘇城建院”)是隸屬于江蘇省建設(shè)廳的建設(shè)類高職院,作為江蘇省唯一一個以校園為單位的建筑節(jié)能和綠色建筑示范區(qū)項目，在新校區(qū)綠色校園建設(shè)中，積極探索低影響開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用，具有良好的海綿校園建設(shè)基礎(chǔ)，獲批2016年江蘇省海綿城市建設(shè)示范項目。

2.1.2 項目特點

作為以校園為單位的海綿城市建設(shè)示范項目，江蘇城建院具有以下特點:

(1)具有綠色校園示范區(qū)建設(shè)基礎(chǔ)。作為江蘇省唯一一個以校園為單位的綠色建筑和建筑節(jié)能示范區(qū)，在新校區(qū)的建設(shè)中，通過透水鋪裝、綠色屋頂、雨水濕地、蓄水池、植草溝、雨水花園等低影響開發(fā)設(shè)施的運用，構(gòu)建了校園低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)，已對海綿校園的理念和相關(guān)海綿技術(shù)進行了較為深入地研究和實踐。

(2)校園屬于易淹易澇片區(qū)。江蘇城建院所在地屬于北亞熱帶海洋性氣候，雨量充沛，在春末夏初多有梅雨發(fā)生，夏季炎熱多雨。根據(jù)地形圖及現(xiàn)場調(diào)研，新校區(qū)較學院周邊處于地勢低洼處，具有內(nèi)澇風險。

(3)屬于積水嚴重地區(qū)。新校區(qū)建設(shè)后區(qū)域綜合徑流系數(shù)為0.64，較開發(fā)前的自然徑流系數(shù)0.44增加了0.20，導致在同等規(guī)模的降雨時建成后區(qū)域?qū)a(chǎn)生比現(xiàn)狀多出25%的降雨量，且學院新校區(qū)內(nèi)市政管網(wǎng)無法及時消納學院自身及周邊匯水，降雨時校區(qū)內(nèi)澇現(xiàn)象嚴重。

(4)水環(huán)境景觀效果較差。學院內(nèi)人工湖對雨水進行生態(tài)凈化和調(diào)蓄，水體總體清澈見底，有良好的景觀效果。但其他水體無流動性，且降雨徑流污染水體，導致景觀水體部分斷面富營養(yǎng)化嚴重，藻類大量繁殖，水生生態(tài)失衡，產(chǎn)生黑臭現(xiàn)象，使人工湖喪失景觀娛樂價值。

(5)非傳統(tǒng)水源優(yōu)化利用效率偏低。新校區(qū)大力開發(fā)利用雨水、中水等非傳統(tǒng)水源，但因管網(wǎng)配套不全，雨水處理系統(tǒng)處理工藝不完善等原因，非傳統(tǒng)水源不能得到充分利用，新校區(qū)的非傳統(tǒng)水源的實際利用率較低?；谏鲜鎏攸c，江蘇城建院申報了江蘇省海綿城市示范項目，旨在立足于綠色校園建設(shè)成果，推進海綿校園建設(shè)，深入探索低影響開發(fā)技術(shù)內(nèi)涵。

2.2 海綿基底現(xiàn)狀分析

江蘇城建院新校區(qū)建成區(qū)總面積46.69 hm2，總建筑面積 282 050 m2，地下總建筑面積6 000 m2，容積率0.61，建筑密度16.3%，綠化率37.5%。校內(nèi)綠地星羅、水系貫通，綠化用地及屋面綠化等面積達到17.97 hm2，占校園總面積的37.5%，海綿型下墊面占比達到43.4%，具有良好的海綿基底基礎(chǔ)，有利于打造多種海綿型技術(shù)的綜合示范校園。

2.3 海綿校園建設(shè)指標確定

《海綿城市建設(shè)績效評價與考核辦法( 試行)》(建辦城函[2015]635 號)從水生態(tài)、水環(huán)境、水資源、水安全四方面給出了考核海綿城市建設(shè)目標基本指標體系，為實現(xiàn)提高校園水安全、改善校園水環(huán)境、節(jié)約校園水資源的多重目標，江蘇城建院制定了詳細明確的指標體系，以此為目標來打造全省校園尺度海綿城市示范校園。

表1 新校區(qū)海綿校園建設(shè)指標體系

2.4 套海綿校園技術(shù)方案

為實現(xiàn)上述海綿校園建設(shè)目標，本項目采用雨水管理“四步”方案進行海綿技術(shù)的實施落地：

(1)設(shè)置海綿型下墊面。將雨水盡量留在綠色屋頂、透水鋪裝等海綿型下墊面，從源頭控制徑流量及徑流污染。

(2)設(shè)置低影響的調(diào)蓄容積。將無法入滲的雨水盡量滯留在雨水花園、生物滯留池、下凹式綠地等低影響開發(fā)措施中，既削減洪峰，又控制徑流污染。

(3)設(shè)置強制調(diào)蓄容積。將低影響手段無法消納的雨水進入景觀水體或其他強制調(diào)蓄措施，既調(diào)蓄又回用，實現(xiàn)雨水資源化。

由表5可以看出，鈮鉭主要富集于重砂1，銣在重砂1、重砂2中明顯減少，在重砂5中稍有富集，但富集不明顯。

(4)設(shè)置超標雨水排放通道。對低影響設(shè)施及校區(qū)排水管網(wǎng)無法承擔的超標雨水，規(guī)劃合理的超標雨水排放通道，確保校園防洪的最后一道防線。

3 海綿校園建設(shè)技術(shù)途徑分析

《海綿城市建設(shè)指南》將海綿城市建設(shè)的主要工程措施用“滲、滯、蓄、凈、用、排”六個字進行了高度概括。本項目占地面積約46.69萬m3，年徑流總量75%對應(yīng)的設(shè)計降雨厚度為24.6 mm，則為實現(xiàn)年徑流總量控制率的目標，校園需要控制的雨水總?cè)莘e為11 485.74 m3，該部分容積通過“滲”、“滯”、“蓄”、“凈”、“用”、“排”等手段進行消納。

3.1 滲

(1)綠色屋頂。新校區(qū)占地面積46.69 m2，建筑密度16.3%，則屋頂總面積約76 104.7 m2。本項目屋頂形式以坡屋頂為主，扣除坡屋面和不宜設(shè)置綠色屋頂?shù)拿娣e后(如安裝太陽能板的屋面)，可設(shè)置綠色屋頂?shù)拿娣e約7 611 m2。新校區(qū)的建筑物在設(shè)計建設(shè)時已考慮設(shè)置屋頂花園時的防滲及荷載要求，部分建筑已設(shè)置屋頂花園，下一步將在其他建筑建設(shè)不同主題的綠色屋頂。

(2)透水鋪裝。新校區(qū)場地面積約215 707.08 m2，考慮透水瀝青混凝土的維修保養(yǎng)、造價成本、對路基強度及穩(wěn)定性風險等因素，校園內(nèi)的機動車道不采用透水路面；部分籃球場、廣場等由于使用需求，也不宜采用透水路面，校園內(nèi)的透水鋪裝主要用于人行道、部分廣場、露天停車場、車流量及荷載較小的非機動車道，可敷設(shè)面積約為36 670.33 m2，考慮因地制宜，經(jīng)濟適用的原則，本項目的透水鋪裝以透水磚、透水混凝土、植草磚為主。

根據(jù)各類下墊面的面積，計算得出本項目綜合徑流系數(shù)約0.6，綜合入滲系數(shù)為0.4，則通過“滲”可消納的雨水容積為5 113.75 m3。

3.2 蓄

(1)景觀水體。為體現(xiàn)江南水鄉(xiāng)特色，校區(qū)內(nèi)設(shè)有大面積的景觀水體，面積約23 114 m2，常水位標高5.7 m，水體深度1～2.5 m，根據(jù)主水域面積及所在區(qū)位，將水系分為A、B、C、D四個主水域，各水域之間由校園河道相連。由于景觀水體溢流水位低于周邊場地標高，故周邊徑流雨水可經(jīng)植物緩沖帶進入水體，水體可調(diào)蓄容積見表2。

表2 新校區(qū)景觀水體調(diào)蓄容積

(2)其他調(diào)蓄措施。由于本項目已有景觀湖作為天然調(diào)蓄措施，因此僅考慮在體育運動區(qū)、實驗實訓區(qū)及行政辦公區(qū)增設(shè)人工調(diào)蓄池、濕塘等輔助調(diào)蓄措施。

本項目通過“蓄”可消納的雨水容積達到2 311.4 m3。

3.3 凈、用

(1)景觀水體水質(zhì)保障措施。景觀湖水質(zhì)的凈化采用自然水景綜合治理技術(shù)系統(tǒng)，進行底質(zhì)、水質(zhì)綜合治理，建造適合水生動植物生長的自然環(huán)境；選擇、培育適宜條件下的復合微生物菌及水生動植物，構(gòu)建完善的自然生態(tài)系統(tǒng)；設(shè)置合理的水體微循環(huán)系統(tǒng)，提升湖體水生動植物的生長環(huán)境；創(chuàng)建穩(wěn)定的全天然湖體自凈體系，使水體水質(zhì)達到國家地表水環(huán)境質(zhì)量標準Ⅲ類以上。

(2)雨水處理回用系統(tǒng)。本項目周邊約有60 000 m2的綠地面積，為充分利用雨水，在不影響水體景觀效果的前提下，從水體中直接抽水處理后，用于綠化澆灑。日澆灌用水定額按1.5 L/m3考慮，則日綠化澆灌用水量為90 m3。

本項目通過“用”可消納的最大雨水容積為90 m3。

3.4 滯

通過前述計算可知，本項目需要控制的雨水總?cè)莘e為11 485.74 m3，扣除滲、蓄、用消納的雨水容積后，通過滯消納的容積大于3 970.59 m3即可。

(1)植草碎石溝。植草溝指種有植被的地表溝渠，可收集、輸送和排放徑流雨水，并具有一定的雨水凈化作用。由于新校區(qū)機動車道未采用透水地面，故擬在道路兩側(cè)設(shè)置植草碎石溝，將道路雨水經(jīng)低影響生態(tài)設(shè)施“軟化”后，溢流進入雨水排放系統(tǒng)?？紤]本項目所在地土壤滲透性較差，故本項目植草溝以碎石滲透為主，即溝寬500 mm，溝深800 mm ，單位長度植草溝可調(diào)蓄容積約0.16 m3，本項目可實施的植草溝長度約350 m，由植草溝消納的雨水容積約56 m3。

(2)下凹式綠地。下凹式綠地指低于周邊地面標高、可積蓄、下滲自身和周邊雨水徑流的綠地。下凹式綠地利用下凹空間充分蓄積雨水，顯著增加雨水下滲時間，具有滲蓄雨水、消減洪峰流量等優(yōu)點[13]。本項目占地約46.69 萬m2，綠地率37.5%，則扣除水體后的綠地面積約151 973.5 m2。其中25%的面積考慮做下凹式綠地結(jié)合微地形塑造景觀，則下凹式綠地面積約37 993.38 m2，微地形下凹綠地的平均調(diào)蓄深度按100 mm考慮，則由微地形下凹綠地消納的雨水容積約3 799.34 m3。

(3)生物滯留池。生物滯留設(shè)施指在地勢較低的區(qū)域，通過植物、土壤和微生物系統(tǒng)蓄滲、凈化徑流雨水的設(shè)施，按應(yīng)用位置不同有雨水花園、生物滯留帶、高位花壇、生態(tài)樹池等形式。通過前文計算，需由生物滯留設(shè)施消納的雨水容積為115.25 m3。生物滯留池調(diào)蓄深度按800 mm，調(diào)蓄設(shè)施孔隙率按40%考慮，則單位面積生物滯留池可調(diào)蓄容積約0.32 m3，本項目只要布置360.12 m2生物滯留設(shè)施即可滿足雨水消納的需求。

3.5 排

經(jīng)計算，校區(qū)平均日生活污水量約1 650 m3/d。根據(jù)規(guī)劃，本校區(qū)的污水將收集至職教園區(qū)污水處理廠進行處理回用。校區(qū)嚴格實施雨污分流體制，除雨水收集回用的地塊，其余地塊的雨水均通過雨水管外排至校區(qū)以外的河塘。

為實現(xiàn)年徑流總量控制率75%的要求，本項目的采用的低影響設(shè)施規(guī)模如表3所示。

表3 新校區(qū)海綿型設(shè)施分布一覽表

4 效益分析

4.1 環(huán)境效益

江蘇城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)學院通過打造海綿校園，采用合理的海綿技術(shù)，有效地對暴雨徑流進行調(diào)蓄利用，實現(xiàn)地表與地下水循環(huán)，緩解城市快速發(fā)展帶來的地下水位下降趨勢，增加水生態(tài)多樣性；屋頂綠化、透水路面的鋪設(shè)、下凹綠地及雨水花園等低沖擊技術(shù)可以降低局部熱島效應(yīng)，改善校園微氣候循環(huán)。

4.2 經(jīng)濟效益

學校利用廢水和雨水作為回用水源,既減少了水資源的消耗，又節(jié)約了自來水費。根據(jù)計算，非傳統(tǒng)水源每年為校園節(jié)約自來水約3.0萬t，若取用自來水，按市場價3.7元/t計算,需要11.1萬元，若取用中水按市場價1.5元/t計算，則每年節(jié)約水費5.5萬元。

4.3 社會效益

海綿校園的建設(shè)是海綿城市建設(shè)的重要組成部分，又為海綿城市的建設(shè)提供示范和指導，其社會效益主要體現(xiàn)在:①減少城市供水壓力、河流水體污染，達到緩解水資源壓力、支撐可持續(xù)發(fā)展的目標；②減少降雨外排流量，削減洪峰，延遲洪峰出現(xiàn)時間，增強防洪排澇能力，保障城市居民安全；③通過屋頂綠化、打造雨水花園、生態(tài)景觀湖等海綿措施來美化校園環(huán)境，實現(xiàn)生境的多樣性；④通過打造海綿校園典范，全面提升學校的硬件設(shè)施條件及社會影響力，為促進海綿技術(shù)的全面推廣，充分發(fā)揮海綿校園示范基地的宣傳教育、示范推廣及技術(shù)培訓作用。

5 結(jié) 語

江蘇城建院依托已有綠色校園建設(shè)成果，對校園海綿基底現(xiàn)狀進行全面詳細診斷，以“水安全、水環(huán)境、水資源”為核心，確定了海綿校園建設(shè)的目標。項目采用雨水管理“四步”走的方案，通過“滲”、“滯”、“蓄”、“凈”、“用”、“排”等手段，實現(xiàn)年徑流總量控制率75%的目標。學院通過打造海綿校園典范，進一步深化了綠色校園的建設(shè)成果，促進了海綿技術(shù)的全面推廣，更為海綿城市的建設(shè)起到宣傳、引領(lǐng)和示范作用。

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